Reproducció cel·lular

Presentación del tema: "Reproducció cel·lular"— Transcripción de la presentación:

1 Reproducció cel·lular
Ja hem vist que les cèl·lules procariotes es reprodueixen per fissió binaria, que és un procés força senzill. Les cèl·lules eucariotes en canvi es reprodueixen per un procés més complex, que és la mitosi. En essència és un procés de divisió cel·lular, però com que la cèl·lula eucariota té molts orgànuls diferenciats el procés ha de ser més coordinat que la fissió binària de les cèl·lules procariotes.

2 Fases de la mitosi La mitosi és un procés que té cinc fases:
Profase. Metafase. Anafase. Telofase. Interfase. Durant la profase i metafase es produeix la condensació i migració del material genètic, que ja s’han replicat, la qual cosa dóna als cromosomes la forma característica d’X. En canvi durant l’anafase i la telofase els cromosomes es separen i es reconstrueix la membrana nuclear de les cèl·lules resultants La interfase és la fase en què es troba la cèl·lula entre dues mitosis, realitzant les seves funcions metabòliques normals, és a dir és l’estat normal de la cèl·lula.

3 Profase La mitosi de fet s’inicia per la cariocinesi.
Durant la cariocinesi l’ADN dels cromosomes es replica, per tant quan comença la mitosi el material genètic ja es troba de fet duplicat. Els processos que tenen lloc a la profase són: Condensació de la cromatina formant cromosomes, que llavors es fan visibles al microscopi òptic. Replicació dels centriols. Trancament de la membrana nuclear, i desaparició del nuclèol. Microfotografia electrònica d’una cèl·lula durant la profase. En color verd apareixen els microtúbuls dels centriols, en color blau la cromatina, i en color violat els centròmers. Aquests colors són el resultat d’una tinció amb marcadors fluorescents.

4 Els cromosomes Els cromosomes apareixen per la condensació de la cromatina. Com que el material genètic ja s’ha duplicat, apareixen amb la forma característica d’X. Aquesta forma es deu a que l’ADN es replica i es genera una còpia del cromosoma. L’original i la còpia resten units pel centre, el centròmer, i per tant el cromosoma apareix com una X en lloc d’una forma de bastó, que és com de fet s’observa al microscopi electrònic durant la interfase. Estructura del cromosoma: Centrómer. Constriccions Secundàries. Bandes. Telòmer. Cinetòcors. Cromàtida. Braç. Microfotografia electrònica d’un cromosoma X, esquerra, i un cromosoma Y, dreta.

5 Els centriols Al principi de la profase els centriols es repliquen i a mesura que progressa la profase, migren cap a extrems oposats de la cèl·lula. Des d’aquests extrems, els centrosomes, cadascun amb dos centriols, emeten fibres, els microtúbuls, que envaeixen tot l’espai del nucli. Com a resultat els microtúbuls formen un fus, l’aster, amb dos pols, on es situen els centriols. El final de la profase, és la prometafase: Durant aquesta subfase es dissol definitivament la membrana nuclear i desapareix el nuclèol, aquesta és la mitosi oberta. Els fongs i les algues presenten una variant on els microtúbuls poden penetrar a través de la membrana nuclear intacta, aquesta és la mitosi tancada. Els microtúbuls de l’aster terminen per enganxar-se a un cromosoma a través dels cinetòcors. Microfotografia electrònica del fus mitòtic durant la prometafase. Es veuen en verd els microtúbuls que formen l’aster. Els puntets violats són els centròmers, la massa blava és la cromatina.

6 Metafase Durant la metafase els cromosomes es concentren a l’equador del fus mitòtic, formant la placa metafàsica. Com que l’anafase no pot començar fins que tots els centròmers estiguin enganxats a un microtúbul, que el guiarà fins al seu lloc a la nova cèl·lula, els microtúbuls lliures emeten un senyal químic que impedeix que comenci prematurament l’anafase. Microfotografia electrònica d’una cèl·lula durant l’anafase. A diferència de la prometafase, els centròmers (violat) apareixen ara situats a l’equador del fus mitòtic i no a l’atzar al llarg d’aquest.

7 Anafase Durant l’anafase es separen finalment les dues fibres d’ADN dels cromosomes i comencen a migrar cap als pols del fus mitòtic. Els cromosomes que estan units pels cinetocòrs als microtúbuls de l’àster, es veuen arrossegats per aquests, que es van escurçant. Com a conseqüència els cromosomes es trenquen en dos, separant-se definitivament les dues fibres d’ADN que constituiran el genoma de les noves cèl·lules. Microfotografia electrònica d’una cèl·lula durant l’anafase. Els centròmers (violat) ja s’han trencat i migren cap a cada pol de l’àster, arrossegats pels microtúbuls (verd).

8 Telofase Durant la telofase es reverteixen tots els canvis que van succeir durant la profase. Es reconstrueix la membrana nuclear i el nuclèol, i els cromosomes comencen a relaxar-se fins a fer-se indetectables al microscopi òptic. Com a resultat tenim dues cèl·lules idèntiques a la cèl·lula original, amb la mateixa dotació cromosòmica, i amb les mateixos gens. En els éssers vius pluricel·lulars les dues cèl·lules resultants també tenen activats els mateixos gens, de tal manera que fan les mateixes funcions que la cèl·lula original, es a dir formen part del mateix teixit. Aquesta activació selectiva dels diferents gens és el causant de la diferenciació cel·lular als éssers vius pluricel·lular, i la causa de que no es pugui reproduir un ésser viu sencer a partir de qualsevol cèl·lula somàtica del cos. Microfotografia electrònica d’una cèl·lula durant la telofase, les fibres de l’àster es comencen a separar (verd) i els centròmers (violat) es comencen a confondre amb la resta de la cromatina (blau). A l seu voltant es forma la nova membrana nuclear.

9 Citocinesi Les dues cèl·lules resultants ara s’han de separar per a assolir la seva vida independent. La mitosi de fet s’ha acabat, la membrana cel·lular s’ha reconstruir, i per tant poden realitzar els seu metabolisme de forma completament autònoma. Encara, però, és necessari que les dues cèl·lules deixin de compartir el seu citoplasma. Per això es genera un surc d’escició a la membrana de la cèl·lula, que poc a poc va estrangolant l’unió que resta entre les dues cèl·lules fins a separar-les completament. Per a això es forma un anell d’una proteïna, l’actina, en el lloc on es trobava la placa metafàsica. L’anell d’actina es va escurçant poc a poc, la qual cosa estrangula la unió. Aquest procés ve regulat per vesícules que deriven de l’aparell de golgi, que transporten els enzims necessaris per promoure l’escurçament Microfotografia de dues cèl·lules durant la citocinesi.

10 Reproducció Sexual La mitosi és una forma de reproducció asexual. A partir d’un únic individu es formen dos individus idèntics a l’original. En canvi la majoria dels eucarionts, poden reproduir-se sexualment. Durant la reproducció sexual s’obtenen individus nous combinant el genoma de dos progenitors. Aquesta combinació s’aconsegueix mitjançant la formació de gàmetes que es fusionen per formar un zigot o cèl·lula ou. Microfotografia electrònica d’espermatozoides de mamífer fecundant un òvul. Només un espermatozoide aconseguirà formar el zigot, la resta seran eliminats en el procés de selecció.

11 Gàmetes masculines i femenines
Les gàmetes són de dos tipus: Masculines. Femenines. Les gàmetes masculines són mòbils i es desplacen per trobar els gàmetes femenins. Les gàmetes femenines són immòbils i l’embrió del nou individu es forma en el seu interior. Per això les gàmetes femenines solen tenir una coberta que està destinada a alimentar l’embrió fins que es pugui desenvolupar per si mateix. Aquestes dues funcions diferenciades fan que, per una banda les gàmetes masculines siguin petites, amb estructures que els donen mobilitat, i en canvi les gàmetes femenines siguin grosses, protegides per un embolcall gruixut que les protegeix i alhora les alimenta. La mobilitat de les gàmetes masculines fa que estiguin sotmeses a moltes pèrdues, per la qual cosa cal produir milions de gàmets masculines per què alguna arribi a fecundar una gàmeta femenina. Microfotografia d’un gra de pol·len, a dalt i poma tallada pel mig, esquerra, on es veuen les llavors del pomer, que s’han desenvolupat a partir del òvuls fecundats. Esquema d’una flor on es veuen la situació de les gàmetes masculins, pol·len i femenins òvuls.

12 Individus hermafrodites o d’un sol sexe?
Encara que tinguin reproducció sexual, les espècies poden generar un sol tipus d’individus, amb els dos sexes què en diem hermafrodites, o poden generar individus mascles o femelles, és a dir amb un sol sexe. L’hermafroditisme té l’avantatge evolutiva que tots els individus són fèrtils, però es deixa la porta oberta per a l’autofecundació. Amb individus d’un sol sexe l’autofecundació és impossible, però al voltant de la meitat de la població, els mascles, és infecunda. Evolutivament no hi ha per tant una avantatge clara entre una i altra opció, però s’observa que en els esers vius pluricel·lulars: Els vegetals han evolucionat majoritàriament cap a individus hermafrodites. Els animals han evolucionat majoritàriament cap a individus d’un sol sexe. Flors del pi, femenines, a dalt, i masculines, a baix. Encara que és una espècie hermafrodita, l’autofecundació és impossible, donat que les flors masculines maduren abans que les femenines.

13 Exemples Femella d’orangutan, amb una cria, esquerra, i mascle d’orangutan, dreta. De vegades apareix un fort dimorfisme sexual entre individus de la mateixa espècie. La major part de les espècies vegetals, presenten individus hermafrodites (monòiques), però algunes presenten individus de diferent sexe, són les plantes diòiques. A les fotos es veuen una palmera mascle (a dalt) en flor més baixa que la femella, a baix, més altes mascles, que produeixen flors femenines, i són les que donen fruit, el dàtil. Els cargols són una de les poques espècies animals que presenten individus hermafrodites. A la foto es veuen dos cargols copulant, només s’intercanvien ous, que després es fecundaran a l’interior del cos de l’animal.

14 Cèl·lules somàtiques i gàmetes.
Les cèl·lules del nostre cos són les cèl·lules somàtiques, són les que realitzen les funcions del cos, llevat de la reproducció. Les cèl·lules somàtiques contenen la totalitat de la dotació cromosòmica, cariotip, per tant són diploides. Les cèl·lules sexuals són les gàmetes. Aquestes són les que realitzen la funció reproductora i només tenen la meitat de la dotació cromosòmica, per tant son haploides. Quan es produeix la fecundació es reconstrueix el cariotip, amb la meitat de l’organisme matern, i l’altra meitat de l’organisme patern. Com que la reproducció sexual combina les característiques genètiques de dos individus afavoreix la difusió dels gens per la població, que així pot evolucionar més ràpidament. Per tant la reproducció sexual té una avantatge evolutiva envers la reproducció asexual, per això es perpetua malgrat la seva complexitat. Fins i tot els bacteris, que no poden reproduir-se sexualment, intercanvien material genètic amb altres bacteris, mitjançant el pilis, són fenòmens de parasexualitat. Cariotip d’una dona, es veuen 46 cromosomes dividits en 23 parells.

15 Meiosi La meiosi és el procés pel què una cèl·lula diploide es divideix fins a formar cèl·lules haploides. El procés de la meiosi consisteix en dues mitosi consecutives, per tant a partir d’una cèl·lula diploide es formen quatre cèl·lules haploides. La replicació de l’ADN es produeix a la interfase de la primera mitosi. Al final de la meiosi I s’originen cèl·lules haploides, però amb cromosomes amb dues cromàtides. A la meiosi II es separen les dues cromàtides dels cromosomes donant lloc a les gàmetes. Durant la meiosi també succeeix la recombinació de l’ADN. Aquest és el pas més important de la meiosi i és el que augmenta la variabilitat genètica de les espècies amb reproducció sexual. Durant la recombinació de l’ADN cada parell de cromosomes homolegs intercanvien trossos d’ADN, la qual cosa fa que els cromosomes que es transmeten a les gàmetes no és simplement una còpia del que va rebre l’organisme dels seus progenitors, sinó una mescla de les característiques genètiques de l’organisme patern i l’organisme matern. Esquema del procés de meiòsi, la recombinacióde l’ADN succeix durant la profase I.

16 Meiosi I Durant la interfase prèvia l’ADN s’ha anat replicant, de manera que quan s’arriba a la profase de la meiosi I s’ha replicat el 98% de l’ADN. Durant la profase I, es forma un cinetòcor per cada cromosoma, no per cada cromàtida, de manera que quan els fusos cromàtics comencen a tibar dels cromosomes, aquests es separaran i originaran una cèl·lula haploide, en lloc d’una cèl·lula diploide. També en aquesta fase, és quan es produeix la recombinació de l’ADN. Aquest procés té cinc fases: Leptotè. Zigotè. Paquitè. Diplotè. Diacinesi. Estructura del cromosoma: Centrómer. Constriccions Secundàries. Bandes. Telòmer. Cinetòcors. Cromàtida. Braç.

17 Profase I Leptotè: Durant aquesta fase la cromatina comença a condensar com a una mitosi normal, però a diferència d’aquesta comencen a aparèixer uns engreixaments que són els cromòmers. Zigotè: A aquesta fase s’aparellen els cromosomes homòlegs, mitjançant el complex sinaptotèmic. Aquest complex és una estructura formada per proteïnes, que formen les sinapsis, les unions entre els cromosomes. El complex sinaptotèmic es va tancant poc a poc, com si fos una cremallera, la qual cosa garanteix l’aparellament entre els cromosomes. Durant el zigotè s’acaba de replicar el 2% restant de l’ADN, és l’ADN zig-zag. Esquema del complex sinaptotèmic, a dalt, i microfotografia, a baix. Paquitè: Ara es quan es produeix la recombinació de l’ADN, els cromosomes homòlegs s’entrecreuen is s’intercanvien fragments d’ADN. Per fer possible aquest intercanvi apareixen els nòduls de recombinació, que contenen els enzims que regulen la recombinació. Diplotè: Durant el diplotè els cromosomes acaben de condensar i es fan visibles els punts per on s’ha produït la recombinació, els quiasmes, que son estructures en forma d’X degudes al trencament i posterior unió de les cromàtides germanes. En aquesta fase els òvuls dels mamífers experimenten una pausa, dictiotè, i no es completarà la meiosi fins a la maduresa sexual, a partir d’aquest moment, a mesura que vagin madurant el òvuls, aniran completant la meiosi. Als humans el dictiotè comença al setè més de gestació. Diacinesi: És equivalent a la prometafase d’una mitosi normal, desapareix la membrana nuclear i el nuclèol.

18 Resta de la meiosi I La resta de les fases de la meiosi I són equivalents a les d’una mitosi normal, amb algunes diferències. Metafase I: és equivalent a la d’una mitosi normal. Anafase I: Aquí és on es separen els cromosomes homòlegs i desapareixen els quiasmes. Els cromosomes patern i matern de cada parell aniran cadascú a un pol del fus mitòtic, però la repartició dels cromosomes de cada parell es realitza a l’atzar. Així com que tenim dues possibilitats de repartiment per cada parell de cromosomes, les combinacions possibles seran: La qual cosa reforça la variabilitat genètica obtinguda amb la recombinació de l’ADN. Telofase I: És equivalent a la d’una mitosi normal, amb una citocinesi. Però al final d’aquesta, no s’inicia una veritable interfase, perquè no es produeix la replicació de l’ADN, aquesta falsa interfase es denomina intercinesi.

19 Meiosi II El resultat de la meiosi I són dues cèl·lules haploides però amb cromosomes formats per dues cromàtides cadascú. És necessari, una segona mitosi per separar les dues cromàtides de cada cromosoma, que ja no són idèntiques, degut a la recombinació de l’ADN. El procés d’aquesta segona mitosi és equivalent a una mitosi normal, donat que l’ADN ja es troba replicat i recombinat, per tant no cal cap procés més addicional. Com a resultat es formen quatre cèl·lules amb una dotació cromosòmica haploide, i amb cromosomes formats per una única cromatina. Procés de la meiosi amb les dues mitosis. En blau es representen els cromosomes paterns i en vermell els materns. Al final de la meiosi I els cromosomes continuen amb la forma caracteristica d’X, encara no s’han separat les dues cromatines. Al final de la meiosi II els cromosomes tenen forma de bastó, la qual cosa vol dir que s’han separat les cromàtides.